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USRP N310，Gnuradio初探
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实验平台USRP-OFDM发送端框架发送端模块简介OFDM符号结构发送端外部TCP客户端程序USRP-OFDM接收端框架接收端模块简介接收端外部TCP服务端程序TCP客户端服务器注意事项
输入数据编码选择IP数据帧传输效率参考资料
近期实验需要搭建一个软件无线电环境平台，在琢磨一段时间后，以下是对之前的实验总结一下。 实验平台 硬件：笔记本2台，USRP N310两台，及辅助天线等软件：在Ubuntu系统下安装Gnuradio3.7 实验前提，USRP能与电脑建立收发通信 USRP-OFDM发送端框架
Socket PDU：与外部程序建立socket连接，对整个流图进行数据输入。 PDU to Tagged Stream：将协议数据转化为固定长度byte类型数据，并给数据加上长度标记。 Stream CRC32：给数据尾部加上32位（4字节）循环冗余校验-----信道编码。 Protocol Formatter：利用数据头生成对象创建一个6字节的数据头，包含数据帧长度，当前数据帧号等。 Repack Bits：对数据进行重新打包，8bits一组转换为2bits一组或者1bit一组的数据，为后续进行BPSK、 QPSK映射，此过程不存在数据bit丢失。 Chunks to Symbols：根据Symbol Table将byte数据进行浮点数或者复数映射，byte型数据转换为复数型数 据。 Tagged Stream Mux：将头部BPSK符号与载荷QPSK符号组装在一起进行OFDM调制。 OFDM Carrier Allocator：OFDM子载波分配，分配数据子载波，导频子载波，同步子载波，直流子载波。 FFT：对分配后的子载波进行傅里叶变换，完成OFDM调制。 OFDM Cyclic Prefixer：给OFDM加入循环前缀，防止ofdm符号间干扰（ISI）。 Multiply Const：乘常数模块，乘以小于1的值，限制幅度，防止发送非线性失真。 Tag Gate：阻止标记符号向后延续。 其他参数： protocol parser: 协议分析器 FEC： 前向纠错编码，送入传输信道之前 MSB： 最高位有效 Becimation： 抽取，转变频率 OFDM符号结构ofdm输出标签：载波偏移，信道均衡系数，数据帧，接收时间 ofdm子载波： 左6个子载波[-32,-27]，右5个子载波[26,31]为虚拟子载波 不使用载波为0，———减少带外功率，抑制ACI（相邻信道干扰） 一个OFDM符号：包含 虚拟子载波 ，直流子载波 ，射频子载波 ，有效数据子载波[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CfNVPpsv-1601025338052)(D:\实验作图记录\OFDM符号结构.jpg)] 以进行64FFT变换为例，总载波个数为64，除去虚拟子载波，直流子载波，射频子载波，剩余有效数据子载波48个，数据头部Head采用BPSK调制，（6 * 8）/1一个符号用一位比特表示，数据载荷加上校验码Payload部分采用QBSK调制，（（96+4 ）* 8）/2，一个符号用两个比特位表示。数据生成头部加载荷总共需要OFDM符号个数： （ 6 ∗ 8 ） / 1 ＋ （ 96 ＋ 4 ） ∗ 8 / 2 = 448 （6*8）/1 ＋ （96 ＋ 4 ）*8 / 2 = 448 （6∗8）/1＋（96＋4）∗8/2=448 448 / 48 ≈ 10 个 O F D M 符 号 448 / 48 ≈ 10 个OFDM符号 448/48≈10个OFDM符号 加上2个OFDM符号同步字，发送一次数据共需要 12 个OFDM符号周期。 发送端外部TCP客户端程序 import socket import time """ tcp 客户端，输入发送内容,从文件读出数据，按照每次96字节方式发送 """ def main1(): s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.connect(('192.168.10.3', 9090)) while True: tmp = input('请输入您要发送的内容：') if tmp != 'exit': s.send('{}\n'.format(tmp).encode('utf-8')) print('{}\n'.format(tmp).encode()) else: break def main(): s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.connect(('192.168.10.3', 9090)) with open('./SendData', 'r', encoding='utf-8') as R_file: while True: content = R_file.read(96) if content != '': s.send('{}'.format(content).encode('utf-8')) print(content, end='') time.sleep(0.01) else: print('数据发送结束!!!') s.close() break if __name__ == '__main__': main() # main1() USRP-OFDM接收端框架
UHD USRP Source：与硬件USRP N310 连接，接收空间中电磁数据，实现数字下变频，ADC变换，转换为基 带信号输入给Gunradio软件款图。 Schmidl & Cox OFDM Synch：实现符号定时同步，除去小数部分载波频偏。 Delay：延时模块，延迟一个ofdm符号周期，fft_len + 循环前缀（64+16）。 Frequency Mod：频率调制模块，产生一个和载波频偏对应的序列，与接收数据流相乘，达到去载波频偏。 Multiply：两数据相乘，去除小数载波频偏，消除ACI干扰。 Head/Payload Demux：根据定时信息与帧头信息，将数据头与载荷部分分开，输入信号分别为去除载波频偏 的数据流，触发信息，解码后的帧头信息。输出为帧头部数据，载荷数据。 FFT：进行逆傅里叶变换。 OFDM Channel Estimation：信道评估模块，得到整数倍频偏和系统频域响应。 OFDM Frame Equalizer：OFDM帧均衡模块，纠正整数倍频偏，对接收信号进行均衡。 OFDM Serializer：逆OFDM子载波分配，与发送端OFDM Carrier Allocator 相逆的过程，找到携带数据的48 个子载波，并提取出其信息。 Constellation Decoder：解符号映射，分别进行逆BPSK，QPSK映射，转化为byte类型数据。 Repack Bits：与发送端相逆的过程，字节重新组合，不丢失比特信息。 Stream CRC32：循环冗余校验，校验数据是否出错并输出。 Tagged Stream to PDU：byte类型数据转换为协议数据。 Socket PDU：与外部程序建立socket连接。 接收端外部TCP服务端程序 import socket """ tcp 服务端，接收客户端发送的数据 """ def main(): host = '192.168.10.1' port = 9090 server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) server_socket.bind((host, port)) server_socket.listen(1) client_socket, client_add = server_socket.accept() while True: data = client_socket.recv(1024) data = data.decode('utf-8') print(data) # client_socket.close() if __name__ == '__main__': main() TCP客户端服务器注意事项 TCP服务器端需要先绑定IP与端口，等待客户端连接，客户端则不需要TCP客户端需先与服务器端建立连接才能通信TCP 三次握手 输入数据编码选择ASCII：128个字符，单字节编码，目前只使用低7位二进制表示，保留最高位，A-65，a-97，0-48 UTF-8：可变长字节编码，1-4字节： US-ASCII：1字节拉丁文，希腊字母，阿拉伯文：2字节中日韩，东南亚文字：3字节少数语言字符：4字节GBK：汉字编码字符集 IP数据帧传输效率 IP数据帧：MTU，包含头部信息14个字节，尾部校验和FCS 4个字节，以太网数据帧的传输效率： α = ( T − 14 − 4 ) / T α=(T-14-4)/T α=(T−14−4)/T 参考资料1.USRP—OFDM通信实验报告. 2.GNU Radio教程. 3.Linux系统下搭建USRP + GNU Radio开发环境. 4.OFDM调制理解. 5.PDU（协议数据单元）. 6.Python学习笔记——网络-TCP. |
利用Socket PDU模块与外部程序建立TCP连接，通过外部程序向9090端口发送数据从而写入发送端，经PDU to Tagged Stream将协议数据转换为byte格式数据，再经过CRC32给数据加上循环冗余校验码，再分两路生成数据头部和数据载荷部分，分别进行BPSK与QPSK映射，通过Tagged Stream Mux模块组装在一起，然后经过OFDM调制部分，分别进行载频子波分配、加入导频系列、加入同步字与循环前缀，再通过Multiply Const进行约束，防止波形发生非线性失真，Tag Gate模块抑制标记符号向下传递，最后通过UHD：USRP Sink 模块连接硬件设备，对数据进行DAC转换，数字变频发送到环境空间。
通过UHD：USRP Source模块接收空间中的电磁数据，通过去频偏，同步去数据头分离出载荷，OFDM解调，IFFT变换，解符号映射，CRC32校验，再通过Socket PDU与外部TCP服务器连接，解码恢复出发送的数据。【本文地址】